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2016桥门式起重机智能安全监测系统总体方案设计

来源:恺德尔起重机安全监控管理系统专家 发表日期: 2016-07-11 16:11:00

目前,桥门式起重机的安全保证主要以使用单位的日常维护保养和特检部门的定期检验为主。本文提出了一种智能型桥门式起重机安全监测与预警系统,能够有效、安全、合理地对桥门式起重机的安全状况进行实时监测,可直观显示起重机的运行状态,并能及时发现危险源反馈给相关人员。


1起重机安全监控系统总体方案设计

本系统能够同时实时监测在一定区域内的多台桥门式起重机的运行状态,系统的总体结构如图1所示,其工作原理如下:系统中每个从节点监测一台桥门式起重机,起重机监控器实时采集各传感器信号,通过无线局域网络收发设备将这些数据定时地传输到主节点,主节点收到各个从节点数据后通过RS232串口传给监控中心的计算机,监控中心的计算机对接收到的数据进行综合分析和处理,将结果实时地显示,在起重机处于危险状态时发出报警信号,提醒操作人员及时更换维修。

监控系统总体结构图


桥门式起重机智能安全监测系统由传感器单元,数据采集单元,无线传输单元,上位机监控单元4个部分组成。数据采集单元负责采集安装在起重机不同位置上的传感器信号,得到各个起重机运行参数。对采集到的模拟量信号需进行信号调理,包括信号自适应放大、滤波以及A/D转换。无线传输单元采用ZigBee无线通信技术,建立一个主节点,多个从节点的星型网络拓扑结构。主节点作为网络协调器,负责ZigBee无线网的建立、管理及维护,为网络中新加入的设备分配网络地址,同时与各从节点实现数据交换。从节点负责前端数据采集,实现与主节点的数据交换。上位机监控单元通过RS232串口与主节点相连,接收主节点传来的数据后进行显示、分析和处理。能够实现对桥门式起重机的实时监控、实时处理、危险预警、历史运行记录查询等功能。


2起重机安全监控系统系统硬件设计

起重机监控器硬件电路由电源电路、单片机最小系统、信号采集电路、无线收发电路等组成。单片机采用的是ST公司生产的STM32F103RBT6单片机,它是基于ARM的Cortex-M3架构内核的32位处理器,内置128KB的FIash、20K的RAM、12位的AD等多种资源。起重机监控器结构框图如图2所示。



2.1信号采集电路

本系统需要采集的桥门式起重机信号包括起重量、起重机运行与起升速度、主梁应力、环境风速、起升高度限位、行程限位等。由于各传感器输出的信号有模拟信号和数字信号,故各传感器与单片机的连接接口也不相同。

桥门式起重机的起重量传感器起升机构上,实时采集起重量信号。应力传感器采用电阻应变片式传感器,设置在主梁跨中上盖板上表面中间及左右1/4处位置,通过焊接方式固定。风速传感器设置在起重机顶部,这些传感器输出模拟量信号,经过放大、滤波处理后与单片机的A/D转换接口相连接。速度传感器采用光电旋转编码器,安装在大车、小车电机以及起身机构的电机与减速器之间。速度传感器输出的脉冲信号直接与单片机的I/O口连接,通过对脉冲信号进行计数和换算,得到大车,小车以及升降的速度和方向。起重机起升高度限位开关、大车行程限位开关及小车行程限位开关输出为高低电平信号,经过继电器与单片机的I/O口连接。


2.2无线传输电路

无线收发电路以CC2530芯片为核心,它能够以非常低的成本建立强大的网络节点,具有不同的运行模式,使得它尤其适应超低功耗要求的系统。CC2530通过串口与单片机连接,其电路图如图3所示。


无线传输电路



3起重机安全监控系统系统软件设计

3.1下位机软件设计下位机的软件采用C语言编写,单片机初始化完成后,下位机便开始收索信道并向主节点发送入网请求,入网成功后等待上位机发送的参数设置数据以及开始信号,下位机开始采集各传感器数据并进行分析,同时将采集的数据上传给上位机。下位机的软件流程如图4所示。


3.2上位机软件设计

上位机软件采用VisuaIC++6.0开发,其功能模块包括用户信息管理、数据库管理、数据采集与分析、参数设置及报表生成等。后台数据库管理采用Access2003开发,可方便与VisuaIC++进行连接。主节点与上位机数据传输是以帧为单位进行的,在每帧数据中都包含有起重机的ID号以及各参数信息,接收完毕后判断数据是否有效。如果该帧数据无效,则舍弃接收到的数据,重新等待接收数据。如果该帧数据有效,将数据显示在监控界面上,同时后台会对数据进行存储和分析,判断是否满足报警条件,对异常情况在警告信息窗口中显示以提醒用户。系统的监控主界面如图5所示,系统使用前,必须进行参数设定,用户可根据起重机的不同型号设置相应参数。系统可实时显示下位机采集的数据,包括主梁应力、运行和起升速度、环境风速以及行程限位开关等信息。通过用户信息管理可设置起重机管理者的权限、信息查询范围等。历史信息查询功能可读取和打印数据库系统内的数据,包括工作时间、载重量、各点应力大小等状态数据以及报警信息,对判定事故发生原因,追究其相关责任人,起到了可追溯的作用。图5系统监控主界面


系统监控主界面


4结束语

本文综合运用了传感器技术、无线通信技术及计算机技术设计开发了桥门式起重机智能安全监测系统,实现了在一定区域内多台桥门式起重机在线实时监测,并能在起重机处于危险工作状态时及时提醒用户。本系统具有界面友好、速度快、成本低、性能稳定等特点,可以适应各种类型桥门式起重机的安全监测,具有较强的实用性和通用性,满足现场安全作业的监控要求。




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